【引子】地球磁場司南指南針1【引子】磁懸浮列車磁懸浮列車及原理2【引子】

Tokamak磁約束裝置Tokamak磁約束裝置3【引子】NuclearMagneticResonance4大學物理學

CollegePhysics穩恒磁場StableMagneticField教學內容（3學時）了解磁場掌握畢奧—薩伐爾定律理解磁場的高斯定理。掌握磁場的安培環路定理。6磁石、鐵磁性物質具有磁性，具有南極和北極。1820年奧斯特Oersted發現：電流也具有磁性。SNSNISN磁極、電流之間有磁力作用。磁性本質是什么呢？【A4.9.0】磁場

磁性起源71822年安培提出：分子電流假說不顯磁性顯磁性磁性本質：運動電荷是一切磁現象的根源。【A4.9.0】磁場運動電荷運動電荷磁場

磁力磁性本質8單位

特斯拉+

磁感強度方向：電荷運動不受力的方向，或者小磁針北極所指方向定義為該點磁感強度的方向。

磁感強度大小運動電荷在磁場中受磁力【A4.9.1】磁感強度地球赤道附近

9P*電流元在空間產生的磁場：真空磁導率任意載流導線在點P

處的磁感強度，磁感強度滿足疊加原理：【A4.9.2】畢奧—薩伐爾定律10+畢—薩定律運動電荷的磁場適用條件+S【A4.9.2】畢奧—薩伐爾定律畢—薩定律微觀解釋11PCD*例1

載流長直導線的磁場。解均沿x軸的負方向【A4.9.2應用】畢奧—薩伐爾定律12無限長載流長直導線的磁場【A4.9.2應用】畢奧—薩伐爾定律（續）齊頭半無限長載流長直導線的磁場*Pp*d載流長直導線延長線上磁場13例2:真空中,半徑為R的載流導線,通有電流I,稱圓電流.求其軸線上一點

p

的磁感強度的方向和大小.解根據對稱性分析【A4.9.2應用】畢奧—薩伐爾定律p*14【A4.9.2應用】畢奧—薩伐爾定律p**15

1）2）3）

的方向不變(

和

成右螺旋關系）4）若線圈有匝【A4.9.2應用】畢奧—薩伐爾定律討論IS磁矩magneticareamoment

16oI（4）*o（2R）I+R（3）oIIRo（1x【A4.9.2應用】畢奧—薩伐爾定律17解法一圓電流的磁場向外例3:半徑為的帶電薄圓盤的電荷面密度為,并以角速度繞通過盤心垂直于盤面的軸轉動，求圓盤中心的磁感強度。向內【A4.9.2應用】畢奧—薩伐爾定律18解法二運動電荷的磁場【A4.9.2應用】畢奧—薩伐爾定律19（1）P點位于管內軸線中點若【A4.9.2應用】畢奧—薩伐爾定律討論：20ISNISNI電流方向與磁場方向呈右手螺旋法則。【A4.10】磁通量磁感線規定：曲線上每一點的切線方向就是該點的磁感強度

B的方向，曲線的疏密程度表示該點的磁感強度B

的大小。磁感線是無頭無尾的封閉曲線。21

磁通量：垂直通過某一曲面的磁感線條數。單位【A4.10】磁通量22物理意義：通過任意閉合曲面的磁通量等于零，磁場是無源場。磁感應強度對封閉曲面的積分為零，稱為磁場高斯定理。【A4.10.1】高斯定理和安培環路定理因為：磁感線是無頭無尾的封閉曲線。

封閉曲線23解設長直導線通電流先求，對變磁場給出，后積分求【A4.10例】磁通量24o

設閉合回路為圓形回路（

與成右手螺旋）

載流長直導線的磁感強度為【A4.10.2】高斯定理和安培環路定理25o若回路繞向與右手螺旋相反時若對任意形狀的回路與成右螺旋【A4.10.2】高斯定理和安培環路定理26若電流在回路之外【A4.10.2】高斯定理和安培環路定理對整個回路張開角度相同27多電流情況【A4.10.2】高斯定理和安培環路定理安培環路定理：磁感強度沿著閉合路徑積分，結果等于磁導率與回路內電流代數和乘積。

電流

正負的規定：與成右螺旋時，為正；反之為負。28【A4.10.2討論】（1）是否與回路外電流有關？（2）若,是否回路上各處

？是否回路內無電流穿過？討論問題：29【A4.10.2】高斯定理和安培環路定理磁場安培環路定理應用步驟:對稱性分析：磁場分布的對稱性取回路：合適的閉合環路環路定理：電流符號法則磁場安培環路定理選取環路原則環路要經過所研究的場點；環路的長度便于計算；要求環路上B的方向與環路方向一致，或B的方向與環路方向垂直，方向一致的分段上各點B大小相等。30例1：求長直密繞螺線管內磁場？解1)對稱性分析螺旋管內為均勻場,方向沿軸向,外部磁感強度趨于零，即。【A4.10.2例】高斯定理和安培環路定理31無限長載流螺線管內為勻強磁場，外部磁場為零。2)

選回路。++++++++++++磁場的方向與電流成右螺旋。MNPO【A4.10.2例】高斯定理和安培環路定理32當時，螺繞環內可視為均勻場.2）選回路.解1）對稱性分析；環內線為同心圓，環外為零.令【A4.10.2例】高斯定理和安培環路定理例2：求螺繞環內磁場？33解1）對稱性分析2）選取回路.【A4.10.2例】高斯定理和安培環路定理例3:求無限長直載流導體柱周圍磁場？34解1）對稱性分析2）選取回路【A4.10.2例】高斯定理和安培環路定理例3:求無限長直載流導體柱周圍磁場？35

的方向與成右螺旋【A4.10.2例】高斯定理和安培環路定理36教學內容（2學時）掌握洛倫茲力掌握安培力了解霍爾效應37一帶電粒子在電場和磁場中所受的力電場力磁場力（洛侖茲力）+

運動電荷在電場和磁場中受的力方向：右手四指由經小于的角彎向，大拇指的指向就是正電荷所受洛侖茲力的方向。【A4.11】洛侖茲力Lorentzforce（洛侖茲力不做功）381.回旋半徑和回旋頻率【A4.11】洛侖茲力洛侖茲力始終垂直于磁場和速度組成的平面39正電子存在的云室照片及其摹描圖。鉛板正電子電子1930年Dirac預言自然界存在正電子。【A4.11】洛侖茲力2.發現正電子1932年Anderson發現，1936年獲得NobelPrize。40【A4.11應用】洛侖茲力應用：電子光學、電子顯微鏡等。條件：帶電粒子初速相差不大；夾角不盡相同,但都較小。3磁聚焦41

與不垂直螺距【A4.11】洛侖茲力回旋半徑回旋周期42....................+-AA’K+dL..................................................................................................4.電子比荷的測定速度選擇器【A4.11】洛侖茲力電場力等于洛倫茲力速度選擇器電子比荷437072737476鍺的質譜【A4.11】洛侖茲力5.質譜儀原理44

1932年勞倫斯研制第一臺回旋加速器的D型室。此加速器可將質子和氘核加速到1MeV的能量，為此1939年勞倫斯獲得諾貝爾物理學獎。

【A4.11】洛侖茲力6.回旋加速器45頻率與半徑無關到半圓盒邊緣時回旋加速器原理圖NSBO~N【A4.11】洛侖茲力46我國于1994年建成的第一臺強流質子加速器，可產生數十種中短壽命放射性同位素。【A4.11】洛侖茲力47LargeHadronCollider48S電子洛倫茲力

由于自由電子與晶格之間的相互作用，使導線在宏觀上看起來受到了磁場的作用力，即安培力。

安培定律

【A4.12】安培定律49【A4.12】安培定律兩直導線電流方向相同則為吸引，相反則為排斥。單位長度作用力為：50ABCo根據對稱性分析解例1：

如圖一通有電流的閉合回路放在磁感應強度為的均勻磁場中，回路平面與磁感強度垂直.回路由直導線AB和半徑為的圓弧導線BCA組成，電流為順時針方向,求磁場作用于閉合導線的力.【A4.12】安培定律51ACoB因由于故【A4.12】安培定律52【補充】霍耳效應(HallEffect)一般磁場(小于1T)，常溫(約幾百K),1879年霍耳效應53I霍耳電阻++++

+

+

-----【補充】霍耳效應霍耳電壓霍耳系數54量子霍爾效應（強磁場(約1-10T)，低溫(約幾K),1980年）霍耳電阻【補充】霍耳效應霍耳系數55【補充】霍耳效應超強磁場(>10T)，極低溫(約0.1K)霍耳系數56I++++---P型半導體+-2）測量磁場（螺線管軸向磁場實驗）霍耳電壓1）判斷半導體的類型+++---N型半導體-I+-【補充：應用】霍耳效應57教學內容（1時）了解磁介質的磁化。58一磁介質magneticmedium介質磁化后的附加磁感強度真空中的磁感強度磁介質中的總磁感強度順磁質抗磁質鐵磁質（鐵、鈷、鎳等）（鋁、氧、錳等）（銅、鉍、氫等）弱磁質【A4.13】物質的磁性59【A4.13】物質的磁性物質的磁性微觀解釋：分子圓電流和磁矩60無外磁場順磁質的磁化有外磁場【A4.13】物質的磁性61同向時

反向時抗磁質的磁化【A4.13】物質的磁性62各向同性磁介質真空中的安培環路定理磁介質中的安培環路定理順磁質抗磁質鐵磁質（非常數）相對磁導率【A4.14】有磁介質存在時的磁場63I例：

有兩個半徑分別為和的“無限長”同軸圓筒形導體，在它們之間充以相對磁導率為的磁介質.當兩圓筒通有相反方向的電流時，試求（1）磁介質中任意點P

的磁感應強度的大小;（2）圓柱體外面一點

Q

的